3.3. Основные принципы инженерного расчета скребковых теплообменников для термообработки жиросодержащих смесей и эмульсий

3.3.1. Физико-механические свойства жиров, масел и жиросодержащих эмульсий при термообработке

Данные по плотности жиров и масел растительного и животного происхождения для диапазона температур от 5 до 55 ºС, для процессов нагрева и охлаждения (переохлаждения) жирового сырья молочной, мясной и маргариновой продукции показывают, что значения плотности для гидрогенизированного жирового сырья саломасов находятся в пределах от 983 до 904 кг/м³, для переэтерифицированных жиров – от 948 до 908 кг/м³, для твердых растительных масел – от 975 до 913 кг/м³, для животных жиров – от 964 до 904 кг/м³ (см. рис. 1 и 2 приложения).

Для определения плотности жирового сырья используется дилатационный метод, который обеспечивает получение результатов измерения плотности с относительной погрешностью 0,5–1,0 % при доверительной вероятности 0,95.

При термообработке в теплообменниках-охладителях у жиросо-держащих эмульсий меняется агрегатное состояние: они из жидкофазного состояния переходят в мелкокристаллическую дисперсную эмульсионную систему, в которой практически всегда содержится газовая фаза, врабатываемая в продукт в зависимости от условий работы основного технологического оборудования линий производства жировой продукции.

Данные экспериментальных исследований образцов маргариновой продукции на наличие газовой фазы (воздуха в свободном состоянии) показали, что колебания воздушной фазы в маргариновой продукции различного назначения и жирности находятся в пределах от 0,3 до 2,1 мл (100 г) или от 0,3 до 2,1 %.

Рекомендуется учитывать значения величины воздушной среды при определении плотности маргариновых эмульсий и использовании в расчетах гидромеханических и тепловых процессов их обработки.

Согласно полученным результатам, плотность жиросодержащих эмульсий (маргаринов) в диапазоне 10–40 ºС изменяется следующим образом: от 952,7–972,0 до 918,0–946,3 кг/м³ – без учета газовой фазы; от 945,7–966,2 до 907,4–940,2 кг/м³ – с учетом газовой фазы (см. рис. 5 приложения), причем отмечается увеличение зна­чений плотности с уменьшением температуры и жирности.

Результаты определения удельной теплоемкости при температурах термообработки свидетельствуют о наличии фазовых или структурных превращениях жиров, масел и жиросодержащих эмульсий (области плавления или кристаллизации определенной группы триглицеридного состава вещества).

Так, удельная теплоемкость, которую следует рассматривать как эффективную, претерпевает достаточно резкие изменения в области температур 10–40 ºС (см. рис. 6–10 приложения). Согласно полученным данным, для саломасов удельная теплоемкость изменяется от 3,24 до 7,24 кДж/(кг · К); для переэтерифицированных жиров изменения удельной теплоемкости составляют от 2,7 до 6,1 кДж/(кг · К); для твердых растительных и животных жиров удельная теплоемкость меняется соответственно в пределах от 2,5 до 11,5 кДж/(кг · К) и от 3,4 до 9,2 кДж/(кг · К); для маргаринов эти данные составляют 3,1–5,2 кДж/(кг · К). Практически для всех видов жировых продуктов температурам их плавления соответствуют пики роста удельной теплоемкости. Наличие на графиках (см. рис. 6–10 приложения) нескольких пиков изменения теплоемкости свидетельствует о зависимости теплоемкости от триглицеридных составляющих жировых продуктов, определяемых жирно-кислотным составом каждого жирового компонента.

Исследования по определению теплопроводности жиров, масел и жиросодержащих эмульсий в диапазоне температур их термообработки свидетельствуют о тенденции к изменению значений в диа-пазоне 0,162–0,280 Вт/(м · К) с ростом температуры термообработки. Кроме того, имеют место незначительные плавные изломы кривых теплопроводности для жирового сырья (см. рис. 11–14 приложения). Изменения значений теплопроводности для эмульсий маргаринов различной жирности находятся в пределах 0,263–0,313 Вт/(м · К) (см. рис. 15 приложения).

Относительная погрешность определения удельной теплоемкости и теплопроводности составила 1–7 % при доверительной вероятности 0,95.

У жиросодержащих эмульсий с повышением температуры при термообработке отмечаются более резкие изменения теплопроводности с образованием минимумов и более сильная зависимость от изменения температуры, что свидетельствует о наличии фазовых изменений маргариновых эмульсионных систем в ходе этого процесса.

Анализ изменения температуропроводности жиров, масел и эмульсий выполнен при определении расчетным методом коэффициента температуропроводности. Он показал, что в интервале температур термообработки жировых продуктов отмечаются значительные колебания свойств температуропроводности: для жировых компонентов – в пределах от 2,9 ·10^–8 до 8,2 · 10^–8 м²/с; эмульсий различной жирности – в пределах от 5,5 · 10^–8 до 9,9 · 10^–8 м²/с.